🗊Презентация Распространение пламени в газах

Лекция 11. Распространение пламени в газах.

Распространение пламени В топливно-воздушной смеси источник воспламенения (эл. искра или рециркулирующие раскалённые газы) создает узкую зону химической реакции (пламя), которая в результате переноса теплоты и диффузии активных радикалов (О, Н, ОН) распространяется от одного слоя смеси к другому. Процесс распространения зоны реакции (пламени) представляет собой ряд последовательно идущих непрерывных процессов зажигания. Узкая зона быстрой химической реакции и больших градиентов температуры и концентраций, разделяющая продукты сгорания и свежую смесь, называется фронтом горения (пламени).

Распространение пламени в неподвижной смеси

Распространение пламени в движущейся смеси

Соотношения между Un и Uг можно определить из баланса количества вещества до и после горения: Соотношения между Un и Uг можно определить из баланса количества вещества до и после горения: Un о = Uг г , где о – плотность свежей смеси ( кг/м3), г – плотность продуктов сгорания, Uг , м/с – скорость движения продуктов сгорания, откуда т.е. скорость продуктов сгорания относительно пламени Uг больше, чем скорость свежей смеси W = Un, что объясняется расширением газов при горении. Нормальная скорость распространения пламени Un не зависит от гидродинамических условий, а только от физико-химических свойств горючей смеси и поэтому является физико-химической константой.

Распространение пламени в горизонтальной трубе

Основной закон горения

Нормальная и видимая скорости распространения пламени в гор. трубе

Поверхность фронта пламени зависит от способа зажигания и характера движения газов. Поверхность фронта пламени зависит от способа зажигания и характера движения газов. При ламинарном движении газовой смеси, подаваемой через круглую горелку, и зажигании ее по периферии горелки (т.н. кольцо зажигания) факел принимает форму конуса.

Характеристики ламинарного пламени при зажигании газовоздушной смеси по периметру устья горелки

Тепловое напряжение объема факела, кВт/м3 Тепловое напряжение объема факела, кВт/м3

В зависимости от степени смешения газообразного топлива с воздухом до выхода из горелки различают следующие способы сжигания газа: В зависимости от степени смешения газообразного топлива с воздухом до выхода из горелки различают следующие способы сжигания газа: горение предварительно приготовленной однородной газовоздушной смеси, характеризующейся конкретным значением нормальной скорости распространения пламени Un; диффузионное горение, при котором газ и воздух предварительно не перемешаны (газовая плита; горение летучих, выделяющихся из частицы твёрдого топлива; горение паров жидкого топлива, испаряющихся с поверхности его капли); горение частично перемешанной газовоздушной смеси (α < 1) в воздушной среде.

Устойчивость горения однородной газовой смеси при ламинарном движении

Верхний предел устойчивости пламени

Схема организации зажигания рециркуляцией продуктов сгорания за плохообтекаемым телом. В котлах горючая смесь подается в топочную камеру через горелки со скоростью 30–50 м/с, а в форсированных камерах сгорания эта скорость достигает 150–200 м/с. В то же время скорость распространения пламени в зоне воспламенения значительно меньше и составляет для энергетических топлив несколько метров в секунду. Это делает зажигающее кольцо недостаточным для реализации стационарного факела. При указанном соотношении скоростей необходимо наличие в топке непрерывного мощного источника зажигания, от которого пламя может распространяться по всему сечению потока горючей смеси.

В вихревых горелках зажигающая зона создается аэродинамическими средствами путем закручивания горючей смеси, вытекающей из горелки при помощи лопаточного аппарата, помещаемого на выходной или входной части горелки. В вихревых горелках зажигающая зона создается аэродинамическими средствами путем закручивания горючей смеси, вытекающей из горелки при помощи лопаточного аппарата, помещаемого на выходной или входной части горелки.

Такое горение, названное микрофакельным, организуют путем размещения металлической решетки на устье круглой горелки. Газовоздушная смесь, пройдя решетку, разбивается на мелкие струи. Очагами зажигания струй являются вихревые зоны продуктов сгорания высокой температуры, которые образуются за простенками решетки. Такое горение, названное микрофакельным, организуют путем размещения металлической решетки на устье круглой горелки. Газовоздушная смесь, пройдя решетку, разбивается на мелкие струи. Очагами зажигания струй являются вихревые зоны продуктов сгорания высокой температуры, которые образуются за простенками решетки.

Интенсификация горения газовых топлив Горение интенсифицируется с переходом к турбулентному режиму движения газа и соответсвующим увеличением скорости распространения фронта пламени. Скорость турбулентного распространения пламени определяется интенсивностью тепло- и массообмена и скоростью химического реагирования в потоке горючей смеси.

Влияние турбулентности на горение смеси

Модели турбулентного горения газовой смеси

Диффузионное горение на примере пламени свечи

Структура ламинарного диффузионного пламени

Микрофакельное диффузионное горение

Изменение режима диффузионного пламени

Турбулентное пламя

Турбулентное диффузионное горение

Горение частично перемешанной богатой смеси в окислительной среде

Для осуществления полного горения газа решающее значение имеет смесеобразование. Для осуществления полного горения газа решающее значение имеет смесеобразование. При раздельной подаче газа и воздуха (диффузионное горение) имеет место максимальная химическая неполнота сгорания. При смешении с газом некоторого количества первичного воздуха неполнота горения, образующаяся в зоне диффузионного горения, уменьшается. Полностью перемешанная газовоздушная смесь может сгорать без образования продуктов неполного сгорания, однако при этом сужаются пределы устойчивого горения.

Методы интенсификации сжигания газов Методы интенсификации сжигания газов Предварительный подогрев воздуха и топлива в случае сжигания низкокалорийных газов. Подача всего воздуха, необходимого для горения, в корень факела. При этом следует добиваться возможно лучшего предварительного смешения газа с воздухом. Организация устойчивого зажигания, обеспечивающего горение при возможно высоких скоростях истечения газовоздушной смеси из горелок. Организация зажигания по развитому периметру для получения соответственно развитой поверхности воспламенения и горения. В топочных устройствах вместо большого числа круглых горелок малого диаметра целесообразно применение узких щелевых горелок. Интенсификация выгорания путем усиления тепло- и массообмена в зоне дожигания (вторичное закрученное дутье и т.п.).

Скорость химического реагирования растет с увеличением температуры и концентрации реагирующих веществ. Для повышения температуры смеси применяется предварительный подогрев воздуха, идущего на горение, а в случае сжигания низкокалорийных газов – также и самого топлива. Скорость химического реагирования растет с увеличением температуры и концентрации реагирующих веществ. Для повышения температуры смеси применяется предварительный подогрев воздуха, идущего на горение, а в случае сжигания низкокалорийных газов – также и самого топлива. При применении предварительного подогрева газов следует учесть, что при сильном нагреве возможно термическое разложение содержащихся в них тяжелых углеводородов, что нежелательно. В случаях, когда объем воздуха, идущего на горение, значительно больше объема сжигаемого газа, как при сжигании природного газа, роль подогрева воздуха больше, чем подогрева газа. Даже при существенном предварительном подогреве воздуха и газа, основной нагрев горючей смеси до ее воспламенения происходит в топочной камере за счет диффузии в нее высоконагретых продуктов сгорания.